Question

(14分)鋯產業是極有發展潛力及前景的新興產業，鋯(Zr)元素是核反應堆燃料棒的包裹材料，二氧化鋯(ZrO2)可以制造耐高溫納米陶瓷。我國有豐富的鋯英石(ZrSiO4)，含Al2O3、SiO2、Fe2O3等雜質，生產鋯流程之一如下：

 

試回答下列問題：

(1)寫出上述流程中高溫氣化的反應方程式(碳轉化成CO)：_______________________________________________。

(2)寫出ZrOCl2·8H2O在900 ℃生成ZrO2的反應方程式： ______________ ______________________________________________。

(3)關于二氧化鋯納米陶瓷和鋯合金的說法不正確的是________(單選)。

A．二氧化鋯納米陶瓷是新型無機非金屬材料

B．1 nm＝10－10m

C．鋯合金的硬度比純鋯要高

D．日本福島核電站的爆炸可能是由鋯合金在高溫下與水蒸氣反應產生的氫氣

爆炸引起的

(4)一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷；電解質是摻雜氧化釔(Y2O3)的二氧化鋯(ZrO2)晶體，在熔融狀態下能傳導O2－。在熔融電解質中，O2－向________(填“正”或“負”)極移動。電池正極電極反應為__________________，負極電極反應為________________________________。

 

Answer 1

(1)4C＋4Cl2＋ZrSiO4ZrCl4＋SiCl4＋4CO

(2)ZrOCl2·8H2OZrO2＋2HCl↑＋7H2O↑

(3)B

(4)負　O2＋4e－=2O2－　C4H10－26e－＋13O2－=4CO2＋5H2O

【解析】(1)根據流程圖中“高溫氣化”前后的物質可判斷反應物為ZrSiO4、Cl2、C，生成物為SiCl4、ZrCl4和CO，故該反應的化學方程式為ZrSiO4＋4Cl2＋4CSiCl4＋ZrCl4＋4CO。(2)ZrOCl2·8H2O在900 ℃生成ZrO2的化學方程式為ZrOCl2·8H2OZrO2＋2HCl↑＋7H2O↑。(3)根據題目提示“二氧化鋯(ZrO2)可以制造耐高溫納米陶瓷”可知選項A正確：1 nm＝10－9 m，B項錯；合金的硬度一般比其成分金屬的硬度高，C項正確；鋯合金在高溫下與水蒸氣反應生成氫氣，D項正確。(4)正極為氧氣得電子，發生還原反應，故反應式為O2＋4e－=2O2－；負極為丁烷失電子，發生氧化反應，反應式為C4H10－26e－＋13O2－=4CO2＋5H2O。由兩個電極的反應式可知，正極生成O2－，而負極反應需要O2－，故O2－從正極向負極移動。